La infertilidad es una condición que afecta aproximadamente al 15% de las parejas en edad reproductiva del mundo, siendo el hombre responsable del 50% de los casos. En las clínicas de fertilidad, la Fecundación In Vitro (FIV) y la Inseminación Artificial (IA) son técnicas de reproducción asistida fiables y frecuentemente utilizadas. Para cualquier técnica de reproducción asistida, la muestra de semen es crucial y requiere un tratamiento y selección específicos.
La Importancia de la Preparación del Semen en Reproducción Asistida
Una vez que se ha decidido el método de fecundación (FIV o ICSI), el siguiente paso es la preparación del semen, un proceso que incluye técnicas avanzadas de filtrado y selección para asegurar que solo los espermatozoides de mayor calidad participen en la fertilización. Es importante mencionar que la muestra de semen puede utilizarse en fresco o congelada, ya que la congelación y posterior descongelación no afectan la integridad de los espermatozoides de alta calidad, estando este proceso diseñado para preservar su funcionalidad.
Ya sea que la muestra esté en fresco o haya sido congelada, los especialistas aplican diversos métodos básicos y avanzados para garantizar que solo los espermatozoides más fuertes y con menor fragmentación de ADN participen en el proceso de fecundación. El proceso de selección y preparación del semen puede durar entre 1 y 2 horas, dependiendo de la calidad inicial del semen y del método seleccionado.
Técnicas Básicas de Selección Espermática
Para cualquier técnica de Fecundación In Vitro, la muestra de semen es tratada mediante un proceso de lavado y selección espermática. Estas técnicas, usadas tanto en FIV convencional como en ICSI, permiten un proceso riguroso de preparación del semen.
Gradientes de Densidad
Este método es ampliamente utilizado. Los gradientes de densidad se basan en la centrifugación de la muestra a alta velocidad, lo que permite que los espermatozoides se separen en función de su densidad y movilidad. Los espermatozoides más sanos y móviles se concentran en la capa inferior, mientras que los de menor calidad quedan en las capas superiores. La capacidad fertilizante de los espermatozoides así obtenidos podría estar comprometida en algunos casos, especialmente con métodos antiguos.
No fue hasta el advenimiento de la sílice coloidal recubierta con polivinilpirrolidona (PVP) en los años 70 (coloide de Pertoft, también conocido como Percoll) que este método se consideró de utilidad. Aunque Percoll se vendía como sílice coloidal en una solución inorgánica concentrada para producir una solución isotónica, sus sustitutos actuales como PureSperm (Nidacon International AB, Goteborg, Suecia) e ISolate (Irvine Scientific, Santa Ana, CA, USA) utilizan sílice coloidal unida covalentemente a moléculas de silano (sílice silanizada). Por lo tanto, las características de estos coloides son equivalentes a las de Percoll, y su utilidad clínica parece ser al menos tan buena o incluso mejor. Una diferencia importante es que PureSperm e ISolate se preparan en medio isotónico listo para su uso. También se han utilizado el hidrocarburo iodinado iohexol (Nycodenz) y su forma dimérica iodixanol (OptiPrep y Accudenz, Nycomed Pharma, Oslo, Noruega) de forma satisfactoria como gradientes de densidad, aunque su actividad osmótica requiere una composición iónica diferente del medio.
Lo habitual es realizar gradientes de densidad discontinuos utilizando la combinación de 40/80% de PureSperm o la combinación de 45/90% de otros gradientes como ISolate o SpermG.
Swim-Up
El método Swim-Up es una técnica directa de selección en la que los espermatozoides deben «nadar» activamente hacia una capa superior de medio de cultivo. Solo los espermatozoides más activos y con mayor movilidad logran llegar a esta capa superior, garantizando que solo los mejores y más vigorosos se utilicen para la fertilización.
La técnica del swim-up directo del semen es la originalmente utilizada en los años 50 en estudios de fisiología espermática. En este método, alícuotas de semen licuado se depositan en la parte inferior de tubos Falcon que contienen medio de cultivo, y se incuban a 37ºC. A diferencia del swim-up estándar, colocar el semen debajo de la capa de medio de cultivo produce una interfaz más nítida y mejora significativamente los resultados. Una vez finalizada la incubación, se aspira el sobrenadante con los espermatozoides móviles.
En algunos métodos de swim-up directo, se produce una selección morfológica simultánea a la migración de células móviles, como es el caso de los medios que contienen ácido hialurónico. El Sperm Select System (Select Medical Systems, Williston, VT, USA) emplea el swim-up directo del semen licuado a un medio que contiene hialuronato sódico. Se ha demostrado que este método resulta en tasas de embarazos más altas en FIV convencional comparado con el swim-up directo estándar. Estudios posteriores confirmaron que este método es superior al swim-up estándar del pellet lavado y el hialuronato puede tener un efecto beneficioso en la función espermática, siendo la técnica de Sperm Select de especial utilidad para la inseminación intrauterina.
Disfunción Espermática y Estrés Oxidativo: Bases Biológicas y Daño Iatrogénico
El diagnóstico de la infertilidad masculina se basa principalmente en la evaluación de los parámetros seminales convencionales, pero no siempre se tienen en cuenta las propiedades funcionales del espermatozoide ni las anormalidades fisiológicas como el estrés oxidativo, que contribuyen al origen de la infertilidad masculina.
Espermiogénesis y Maduración Ineficaz
La producción de espermatozoides es un proceso biológico complejo. Una vez que se completa el proceso de espermiogénesis, los espermatozoides se desprenden de los complejos túbulobulbares de las criptas de la célula de Sertoli, pasando a la luz de los túbulos seminíferos mediante el llamado proceso de espermiación. Si bien las meiosis I y II determinan la composición cromosómica, la espermiogénesis determina la configuración fenotípica o morfológica del espermatozoide.
Sin embargo, a diferencia de otras especies de mamíferos, la espermiogénesis en el hombre es altamente ineficaz. Por criterios estrictos de morfología de la OMS, se considera normal que el 85% de los espermatozoides liberados a los túbulos seminíferos sean morfológicamente anormales. Esto se debe, al menos en parte, a que el hombre tiene solo 8 pasos de diferenciación celular durante la espermiogénesis, frente a los 19 de la rata, actuando estos pasos como un sistema de control de calidad.
Una de las consecuencias más importantes de esta deficiencia biológica es que la mayoría de los espermatozoides liberados a los túbulos están constituidos por subpoblaciones de espermatozoides inmaduros en diferentes estadios de diferenciación debido a una maduración incompleta. Una de estas subpoblaciones está formada por espermatozoides inmaduros con retención proximal de citoplasma, que producen niveles elevados de radicales libres (ROS). Este citoplasma residual debería haber sido fagocitado y digerido por la célula de Sertoli.
Dado que espermatozoides maduros e inmaduros se encuentran en íntimo contacto durante el transporte desde los túbulos seminíferos al epidídimo (unas dos semanas), en pacientes de infertilidad con una alta proporción de espermatozoides inmaduros, existe un mayor riesgo de daño oxidativo a nivel de membranas, citoesqueleto, enzimas y ADN. Esto puede resultar en permeabilización de la membrana plasmática (necro-astenozoospermia), daño de acrosoma, centriolos, fosfolipasa Czeta (factor de activación del ovocito) y fragmentación del ADN. Este tipo de daño es lo que se conoce como disfunción espermática iatrogénica.
Capacitación Espermática
Una vez que los espermatozoides llegan a la cola del epidídimo, son almacenados hasta la eyaculación. Durante la eyaculación, la secreción de las vesículas seminales, próstata y glándulas de Cowper (líquido seminal) diluye el concentrado de espermatozoides. El líquido seminal contiene factores que regulan la función de los espermatozoides antes de su entrada en el útero.
Los espermatozoides de mamíferos, incluido el hombre, una vez eyaculados son incapaces de fecundar el ovocito sin antes experimentar un proceso de maduración final conocido como «capacitación espermática». La capacitación consiste en una cascada de reacciones bioquímicas que se inician con la salida de colesterol de la membrana y la formación de los llamados lipid rafts, confluyendo en la fosforilación de residuos de tirosina en proteínas flagelares, la expresión de fosfatidilserina en la zona apical de la cabeza y un aumento de la concentración de NADPH. La capacitación es esencial tanto en fertilización in vivo como in vitro, por lo que es necesario capacitar a los espermatozoides para la FIV convencional.
El líquido seminal contiene factores decapacitantes como el colesterol, que inhiben la capacitación espontánea, y otros factores que pueden interferir con la penetración del moco cervical, la reacción acrosómica in vitro y el proceso de fertilización. El contacto con el líquido seminal por un periodo superior a 30 minutos post-eyaculación puede disminuir permanentemente la capacidad fertilizante de los espermatozoides in vitro, y una mínima contaminación puede inhibir su capacidad fecundante. Por lo tanto, los espermatozoides para inseminación intrauterina o FIV convencional deben ser aislados del líquido seminal lo antes y más eficientemente posible.
El Impacto de la Centrifugación y el Daño Iatrogénico
En términos físicos, la centrifugación podría ser perjudicial para los espermatozoides, aunque no parece afectar la función espermática hasta fuerzas gravitatorias superiores a 800g. Sin embargo, a finales de los años 80 se descubrió que el pelleting o «co-centrifugación» de las subpoblaciones de espermatozoides inmaduros a menudo resulta en daño oxidativo significativo, que podría afectar de forma irreversible la función espermática in vitro. Una revisión posterior puso de manifiesto el impacto potencial de este proceso, indicando que los métodos de preparación del semen que incluyen un paso previo de centrifugación pueden interferir con la función espermática y disminuir la tasa de fertilización, o incluso resultar en fallo de fertilización en casos más extremos. La conclusión de estos estudios fue que se debería abandonar la práctica de métodos de preparación del semen que incluyan la centrifugación previa del mismo y pasar a utilizar métodos de preparación más seguros.
El conocimiento de cómo los leucocitos y los espermatozoides inmaduros producen ROS e inducen daño oxidativo en espermatozoides maduros proporciona una explicación mecanicista del problema de disfunción espermática iatrogénica. Si bien no afecta a todos los pacientes por igual, la gran mayoría de pacientes que acuden a clínicas de FIV, dada la mala calidad de su semen, estarían expuestos a un mayor riesgo de daño iatrogénico durante la preparación del semen. Por lo tanto, las técnicas de preparación de espermatozoides que incluyan la centrifugación previa del semen, como el swim-up estándar, han de ser reconocidas como potencialmente perjudiciales y a veces letales para los espermatozoides así preparados.
Para evitar este daño en la medida de lo posible, se recomiendan métodos de preparación del semen que no requieran un paso previo de centrifugación, como el swim-up directo, ciertos métodos de adherencia y los gradientes de densidad.
¿Qué es el estrés oxidativo?
Métodos Avanzados de Selección Espermática para Casos Específicos
Además de las técnicas básicas, en el laboratorio de reproducción asistida se pueden realizar selecciones de espermatozoides que presentan una mejor morfología o integridad genética, especialmente cuando se requiere una precisión superior debido a problemas como la fragmentación del ADN.
IMSI (Inyección Intracitoplasmática de Espermatozoides Morfológicamente Seleccionados)
La técnica IMSI es similar a la selección morfológica tradicional, pero utiliza un microscopio con un mayor aumento. De esta forma, se pueden descartar los espermatozoides que presentan vacuolas o alguna otra alteración mínima que no se puede observar con un microscopio normal, mejorando la selección de espermatozoides con mejor morfología.
PICSI (Selección Fisiológica de Espermatozoides)
La técnica de PICSI se aplica en pacientes que han presentado un índice de fragmentación espermática alterado, tienen abortos de repetición, fallo de implantación o mala calidad embrionaria. Este método permite seleccionar espermatozoides maduros basándose en su capacidad para unirse al hialuronano, un componente de la matriz extracelular del ovocito.
MACS (Magnetic Activated Cell Sorting)
En casos de alta fragmentación de ADN espermático, el método MACS actúa como un filtro magnético. Utiliza microesferas magnéticas para eliminar espermatozoides apoptóticos (con fragmentación del ADN), dejando solo los espermatozoides viables y con mejor integridad cromosómica. En términos prácticos, el MACS elimina las células dañadas y deja solo los mejores.
Tecnología de Microfluidos (Fertile Chip, Sperm Chip, Zymo)
La tecnología de microfluidos es otra categoría avanzada de selección de espermatozoides. En estos dispositivos, los espermatozoides deben atravesar una serie de canales que representan obstáculos naturales, de manera que solo los más fuertes y con mejor integridad genética logran completar el recorrido. Esto permite a los embriólogos elegir solo aquellos espermatozoides con la mejor estructura y descartar los que presentan anomalías, como si de una inspección de joyas se tratara, en la que solo se eligen las “piedras” más perfectas.
Métodos de Adherencia
Los métodos de adherencia están basados en el fenómeno del sticking-to-glass o «adherencia al vidrio» que muestran los espermatozoides no viables. Uno de estos métodos es el de las columnas de fibra de vidrio, que se preparan rellenando pipetas Pasteur con fibras de vidrio. El uso de estas columnas elimina los detritos, así como células aglutinadas y no viables. Otro método de adherencia es el de las bolas de vidrio (glass beads), que también resulta en buenas recuperaciones de espermatozoides móviles. Otro método usado es el de las columnas de Sephadex (SpermPrep, ZBL, Kentucky, KA, USA), aunque su uso requiere un paso previo de dilución y centrifugación.
Diferenciación entre Inseminación Artificial y Fecundación In Vitro
La inseminación artificial y la fecundación in vitro, aunque pueden realizarse en el mismo centro y con los mismos equipos médicos, implican procedimientos diferentes y se recomiendan en pacientes con necesidades reproductivas distintas.
Inseminación Artificial (IA)
La Inseminación Artificial es la técnica de reproducción asistida más sencilla. Consiste en introducir una muestra de espermatozoides previamente capacitados en el útero de la mujer mediante una cánula fina. A partir de ahí, el embarazo, si se produce, sucede de forma totalmente natural. Puede hacerse durante un ciclo natural (sin tratamiento hormonal) o mediante estimulación ovárica para estimular el crecimiento folicular (buscando 1-2 folículos), lo que mejora las posibilidades de embarazo.
Puede realizarse con semen de la pareja o con el de un donante anónimo. En ambos casos, se procede a la ‘capacitación espermática’ en laboratorio para separar los espermatozoides del plasma seminal, dejando solo los que tienen mayor capacidad de movimiento, utilizando técnicas como el swim-up y los gradientes de densidad. La muestra ‘apta’, conocida como ‘esperma mejorado’ o REM, es la que se introduce en el útero. Es un procedimiento rápido, sencillo, no doloroso ni requiere sedación.
La IA se recomienda para parejas jóvenes (hasta 35-37 años) con leves problemas de fertilidad, varones con alteraciones en el semen, mujeres con dificultades para el coito (vaginismo, alteraciones en el moco cervical, endometriosis, alteraciones en la ovulación), mujeres solteras o parejas femeninas jóvenes.
Fecundación In Vitro (FIV)
La Fecundación In Vitro (FIV) consiste en fecundar los ovocitos de la mujer con espermatozoides de la pareja o de un donante en el laboratorio, de ahí el nombre de ‘in vitro’. Una vez fecundados, los embriones resultantes se transfieren al útero de la mujer. Esta técnica exige alta tecnología clínica y personal muy cualificado.
Antes de la FIV, se realizan pruebas médicas y, si es indicada, se procede a la estimulación ovárica para obtener un número adecuado de ovocitos. Una vez obtenidos, se fecundan en el laboratorio con espermatozoides previamente seleccionados. Los embriones resultantes se cultivan en incubadores de morfocinética o time-lapse (como Embryoscope) durante 3-5 días, monitoreando su desarrollo. Se seleccionan los embriones con mejor capacidad de implantación y se transfieren al útero. Los embriones viables sobrantes pueden vitrificarse para futuros embarazos.
La transferencia del embrión es un proceso rápido, sencillo, no doloroso ni requiere anestesia, y se realiza por vía vaginal guiado por ecografía. La FIV solo introduce el embrión fecundado en el útero; la implantación debe producirse de forma natural. La confirmación del embarazo se realiza mediante una prueba Beta-hCG en sangre a los 14-15 días.
La FIV se recomienda para parejas con problemas de fertilidad o antecedentes de embarazos fallidos, mujeres mayores de 38 años y/o con reservas ováricas bajas, parejas que necesitan donante de óvulos o de espermatozoides, mujeres solteras, parejas de dos mujeres y mujeres que han congelado previamente sus óvulos.
Detrás de la FIV existe la técnica ICSI (inyección intracitoplasmática), que consiste en escoger un espermatozoide e inyectarlo directamente en el interior del óvulo. Si bien algunos temen que esto no dé al espermatozoide la posibilidad de "elegir" el más adecuado, hasta ahora solo se ha demostrado un riesgo de malformaciones levemente superior respecto a un embarazo natural.
En España, existe la posibilidad de recurrir a un donante, cuyo semen es analizado rigurosamente. Los embriones no transferidos pueden crioconservarse para su futura utilización por la propia mujer o su cónyuge, renovando o modificando el consentimiento cada dos años. Aunque la ley no establece un límite de edad, los centros privados no practican tratamientos a mujeres de más de 50 años, y en la sanidad pública las restricciones son mayores. Las mujeres de más de 40 años deben iniciar un tratamiento de esterilidad con expectativas realistas, ya que la probabilidad de embarazo se reduce con la edad debido a la disminución de óvulos y la mayor frecuencia de ciclos anovulatorios.
¿Qué es el estrés oxidativo?
Avances Científicos: La Producción de Espermatozoides In Vitro
La producción de espermatozoides es un proceso biológico complejo que los científicos han intentado imitar in vitro sin éxito completo hasta hace poco. Expertos japoneses de la Universidad de la Ciudad de Yokohama han logrado producir esperma fuera de los testículos del animal y completar su maduración, hasta el punto de que es viable para obtener descendientes (machos y hembras) sanos y fértiles.
Los experimentos se realizaron en ratones, partiendo de fragmentos de tejido testicular de ratones recién nacidos, mantenidos en placas de cultivo durante dos meses con las condiciones y nutrientes adecuados. Al final del proceso, se obtuvieron espermatozoides que se utilizaron en técnicas de fertilización in vitro para obtener crías. El hecho de que estas crías fueran perfectamente normales y capaces de reproducirse demuestra el éxito del experimento. Los investigadores utilizaron ratones modificados genéticamente con marcadores fluorescentes para controlar los procesos biológicos.
Los intentos anteriores solo habían logrado reproducir partes del complejo proceso o no habían podido demostrar el éxito produciendo crías sanas y fértiles. Si los biólogos logran dar el salto desde los ensayos en ratones a su aplicación en humanos, se abrirá una vía terapéutica importante para casos de infertilidad masculina. Especialmente prometedor sería en casos de preadolescentes que deban someterse a radioterapias o quimioterapias, donde la congelación de esperma no es una opción viable debido a la inmadurez sexual.
Conclusiones de Investigaciones sobre Parámetros Espermáticos y Estrés Oxidativo
Un estudio comparativo evaluó los parámetros seminales convencionales y funcionales de hombres con fertilidad comprobada y hombres con fertilidad desconocida, además de cuantificar el efecto de la selección espermática sobre diferentes marcadores de estrés oxidativo en los espermatozoides.
Los resultados mostraron que los espermatozoides seleccionados y los de hombres fértiles tuvieron menores índices de fragmentación de la cromatina espermática. Los hombres fértiles tuvieron un mayor porcentaje de espermatozoides que producían especies reactivas del oxígeno y un menor porcentaje de lipoperoxidación espermática. Adicionalmente, el procesamiento para seleccionar los espermatozoides no afectó la integridad de la cromatina espermática, a pesar de observarse un incremento en la producción de especies reactivas del oxígeno.
En los espermatozoides seleccionados se evidenció un aumento significativo del número de espermatozoides con potencial de membrana mitocondrial alto, del número de espermatozoides viables y del porcentaje de espermatozoides positivos para DCF (indicador de ERO/ERN). También se observó una cantidad inferior de células necróticas en los espermatozoides seleccionados para varios marcadores de estrés oxidativo. Esto confirma que los parámetros funcionales, y no solo los convencionales, de los espermatozoides seleccionados y los de hombres fértiles son superiores a los de las muestras sin seleccionar y a los de hombres con fertilidad no probada.
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